新しい生物タンクを建設せずに下水処理施設の処理能力を向上させる方法

なぜ既存の生物タンクがボトルネックになるのか

下水処理場は、さまざまな理由で「満杯」に見える場合があります。一部の施設では、人口増加、産業の拡大、または生産ラインの追加により、平均水流量が増加しています。他の地域では、流量は同様のままですが、流入する COD、BOD、アンモニア、または総窒素負荷が増加しています。

排水要件の厳格化により、既存の生物学的プロセスが過大に見える可能性もあります。かつては十分な炭素除去を提供していたタンクでも、安定した硝化やより厳しい栄養制限を達成するのに十分な有効バイオマス、酸素移動能力、または固体保持時間がない可能性があります。

これが、エンジニアが次のものを区別する必要がある理由です。 油圧能力 そして 生物学的能力 。油圧能力は、許容可能な滞留時間で物理的にタンクを通過できる流量を表します。生物学的能力は、保持された微生物集団が実際にどれだけの汚染物質を除去できるかを表します。

タンク容積を増やさずにバイオマスを増加: MBBR および IFAS の改修

既存のタンク内の生物処理能力を高める最も効果的な方法の 1 つは、より活性なバイオマスを保持することです。移動床バイオフィルム反応器および統合固定膜活性汚泥技術は、微生物が付着したバイオフィルムとして増殖できるプラスチック担体を提供することによってこれを実現します。

従来の活性汚泥プロセスでは、保持できるバイオマスの量は汚泥の沈降と活性汚泥の返送操作に強く関係しています。バイオフィルム担体を導入することにより、微生物集団の一部は二次清澄剤とは独立して培地上に保持されます。

アンモニア酸化微生物は比較的ゆっくりと増殖するため、これは硝化にとって特に有益です。バイオフィルムは、浮遊固体の保持が制限されている場合でも、これらの微生物がシステム内に留まることができる安定した表面を提供します。

で MBBR改造 、付着したバイオマスが処理義務の大部分を担う可能性があります。で IFAS の改修 、浮遊活性汚泥プロセスは保持されますが、バイオフィルム担体により付着した微生物の集団が追加されます。

充填率が高すぎると、混合がより困難になり、空気需要が増加し、キャリアの動きが不均一になり、保持スクリーンの油圧負荷が増加する可能性があります。したがって、改修を成功させるには、単にタンクにできるだけ多くの媒体を充填するのではなく、生物学的負荷の計算から始まります。

生物学的プロセスを拡大する前にエアレーションをアップグレードする

より多くの生物学的体積を必要としているように見える一部の植物は、実際には酸素の移動によって制限されています。生物反応器自体が十分大きい場合でも、十分な酸素がない状態でバイオマスまたは負荷を増加すると、処理パフォーマンスが低下する可能性があります。

エアレーションシステムは時間の経過とともに性能が低下します。ディフューザーが汚れたり、圧力降下が増加したり、気流の分布が不均一になったりする可能性があり、古い粗い気泡システムでは同じ量の酸素を移送するためにより多くのブロワー出力が必要になる場合があります。

MLSS 濃度が高いと、きれいな水と比較して実際の酸素移動効率がさらに低下する可能性があります。タンクの深さ、廃水の化学的性質、界面活性剤、温度、ディフューザーの状態、曝気レイアウトも、微生物が実際に利用できる酸素に影響を与えます。

多くの既存のプラントにとって、酸素移動効率を回復または改善することは、原子炉の設置面積を変更せずに未使用の生物学的能力を回復する最速の方法の 1 つです。

SRT とバイオマス濃度を高めますが、浄化装置には注意してください

従来の活性汚泥プラントは、固体の滞留時間を延長し、生物学的プロセスでより多くのバイオマスを維持することにより、追加の負荷を処理できる場合があります。これには、汚泥の無駄の削減、MLSS の増加、または返送活性汚泥操作の最適化が含まれる場合があります。

ただし、この戦略には実際的な限界があります。 MLSS が高くなると、二次清澄装置を通過しなければならない固体の質量が増加します。また、酸素要求量も増加し、混合液の粘度が上昇して酸素移動効率が低下し、スラッジの分離がより困難になる可能性があります。

したがって、エンジニアは、MLSS を大幅に増加させる前に、表面オーバーフロー速度、固体負荷速度、汚泥体積指数、返送汚泥容量、およびピークフロー性能を評価する必要があります。

適切な清澄用途では、チューブセトラーまたはラメラモジュールにより、既存の清澄装置の設置面積内で有効な沈降面積を増やすことができます。このアプローチは、水力浄化能力が主な制約である場合には魅力的ですが、すべての活性汚泥二次浄化装置にとって普遍的な解決策ではありません。スラッジの特性と水力学的挙動を最初に評価する必要があります。

固形物の分離が能力の制約になる場合は、MBR レトロフィットを使用してください

一部のプラントでは、生物反応器が主な問題ではありません。本当の制限は二次清澄剤です。より多くのバイオマスが必要であるが、重力沈降では確実にバイオマスを保持できない場合、膜分離が別の改造経路を提供する可能性があります。

膜バイオリアクターは、従来の汚泥の沈降に依存するのではなく、物理的な膜バリアを使用して処理水を混合液から分離します。これにより、バイオマス濃度が浄化装置の性能に依存することが少なくなり、コンパクトな設置面積内でより高い MLSS 操作をサポートできるようになります。

MBR は低懸濁固形分の排水も生成することができ、水の再利用、限られた土地、または排出品質の厳格化が拡張目標の一部である場合に特に魅力的です。

その代わりに、システムがより複雑になります。膜モジュールには、空気洗浄、透過水の汲み出し、汚れの管理、定期的な化学洗浄、前処理、および最終的な膜の交換が必要です。

ハードウェアを追加する前にプロセス制御を最適化する

すべての容量の問題で新しい機器が必要になるわけではありません。プロセス制御が不十分だと、たとえ潜在的な処理が未使用のままであっても、既存のプラントが物理的に小さく見える可能性があります。

エアレーションは一般的な例です。ブロワーを一定の出力で連続運転すると、低負荷時に酸素が過剰になり、ピーク時に酸素が不足する場合があります。 DO ベースの制御またはアンモニアベースの曝気制御は、酸素供給を実際の生物学的要求によりよく一致させることができます。

SRT 管理も同様に重要です。汚泥の過剰な廃棄は硝化バイオマスを減少させる可能性がありますが、廃棄が不十分な場合は不必要に高い MLSS と浄化の問題が発生する可能性があります。 RAS、WAS、内部リサイクル、炭素注入、および断続的なエアレーションを最適化すると、プロセスの大幅な安定性を回復できる場合があります。

流量の均等化も役立ちます。プラントは平均して毎日の負荷を処理できますが、短いピークフローまたは高強度のイベント中には故障する可能性があります。均等化により、時間の経過とともにこれらのピークが再配分され、生物反応器と清澄器へのストレスが軽減されます。

改修を選択する前に実際のボトルネックを特定する方法

プラント能力のアップグレードを成功させるには、機器の選択ではなくプロセス監査から始める必要があります。目標は、既存のプラントがより多くの流量または負荷を処理することを妨げている要因を正確に特定することです。

改修と新規のタンク建設: 経済性を比較する方法

改修は土木工事を削減できるため魅力的ですが、すべてのプラントで自動的に最低コストのソリューションになるわけではありません。既存のタンクは構造的に健全である必要があり、油圧装置が引き続き機能し、必要な容量の増加が既存のプロセスの制約内で達成可能でなければなりません。

新しいタンクの建設には、掘削、鉄筋コンクリート、新しい配管、土地、許可、電気インフラ、および長い建設期間が必要となる場合があります。また、廃水をバイパスしたり、処理列車を停止したりすることが非現実的であるプラントの操業では、困難になる可能性があります。

改修には、代わりに、バイオフィルムキャリア、保持スクリーン、ディフューザーの交換、ブロワーの改造、膜モジュール、浄化装置、ポンプ、制御装置、および一時的な設置作業が含まれる場合があります。

改修の経済性は、土地が高価で、土木拡張が困難で、プラントを継続的に稼働し続ける必要があり、必要な生産能力の増加がバイオマス在庫の増加、酸素移動の改善、固体分離の改善、またはより効果的なプロセス制御によって達成できる程度の適度な場合に最も強力になることがよくあります。